評估光纖端面質(zhì)量的光檢測方法

光纖連接處出現問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò )故障的主要原因，因此光纖端面的檢測至關(guān)重要。本文討論了3種主要的端面檢測方法。

光纖端面加工質(zhì)量對光纖通信系統的整體性能影響較大，據估計，網(wǎng)絡(luò )中半數以上的損耗是由光纖連接不理想造成的。

光纖端面檢測技術(shù)可以查出兩類(lèi)主要的加工問(wèn)題：幾何問(wèn)題和清潔問(wèn)題。幾何問(wèn)題通常是在拋光或處理的過(guò)程中造成的，光纖工作時(shí)其影響不會(huì )發(fā)生變化。該問(wèn)題可以通過(guò)光干涉顯微鏡和執行端面檢測程序的專(zhuān)門(mén)軟件探測出來(lái)，實(shí)現干涉檢測過(guò)程的硬件和軟件現在已經(jīng)比較完善，遵循一系列業(yè)內廣泛接受的標準。

“清潔”一詞則被廣泛用于描述光纖端面永久性損傷（例如劃傷、裂痕或凹點(diǎn)）和臨時(shí)性污染（污垢、油漬、水或清洗劑的殘留）。保持連接頭的清潔是光纖生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程中都需要注意的問(wèn)題，在裝配過(guò)程中的任意環(huán)節都有可能對接頭造成損害和污染。

由于缺乏相應的標準，加上主觀(guān)認知差異、測試的準確性低，以及沒(méi)有可重復的測試方法，想要確定可以接受的端面污染程度十分困難。然而額外的損傷可能導致數據丟失，破環(huán)網(wǎng)絡(luò )連接性，端面檢測對于通信和數據應用非常關(guān)鍵。如果是高功率應用，這些損傷可能帶來(lái)災難性的后果，嚴重的會(huì )造成連接頭完全失效。

本文將介紹目前生產(chǎn)、研發(fā)和終端用戶(hù)實(shí)現清潔檢測的不同方法，討論3種2D光檢測技術(shù)能夠多大程度地評估端面加工質(zhì)量，比較了每種方法的優(yōu)勢和不足之處。這3種方法包括操作者通過(guò)顯微鏡的人工檢測，操作者借助“輔助”軟件操作顯微鏡的半人工檢測，以及全自動(dòng)的檢測系統。

檢測的內容、時(shí)間和地點(diǎn)cDn光波通信

端面檢測（EFI）需要應用在整個(gè)供應鏈系統的各個(gè)環(huán)節。光纜生產(chǎn)過(guò)程通常有如下幾個(gè)檢測點(diǎn)：拋光過(guò)程結束后，中間測試的過(guò)程中，以及最終測試。QA部門(mén)需要在污點(diǎn)檢測、新流程或產(chǎn)品研發(fā)、認證或常規維護過(guò)程中應用EFI。最終用戶(hù)則在QA、常規維護和可靠性測試環(huán)節應用EFI。

光纖接頭的端面缺陷包括劃傷、凹點(diǎn)、裂痕、松脫或固定的污染，典型地可分為劃傷和顆粒污染兩大類(lèi)。擦傷的定義是比端面直徑大得多的損傷（通常>30:1），所有其它損傷統一定義為顆粒污染或損傷。

擦傷通常是拋光過(guò)程中形成的，但在光纖插拔等在線(xiàn)業(yè)務(wù)操作過(guò)程中也有可能產(chǎn)生。在給定焦距下的某一畫(huà)面中憑肉眼觀(guān)察很難區分擦傷和裂痕，凹點(diǎn)則是永久的、不規則的材料損傷，通常是因為不規范的操作導致，或是在生產(chǎn)和接頭插拔過(guò)程中產(chǎn)生。

接頭端面的潛在永久性損壞是業(yè)內工程標準流程在光接頭連接之前的清潔和檢測過(guò)程需要考慮的首要問(wèn)題。暫時(shí)性的污染如污垢、灰塵、油漬或其它材料污染可以通過(guò)一系列清潔流程去除，而永久性的污染（定義為無(wú)法去除的污染，除非重新拋光）包括環(huán)氧材料殘余、污垢或是內嵌的顆粒雜質(zhì)。

檢測準則cDn光波通信

檢測準則最初由光系統廠(chǎng)商自己研發(fā)，最近被接受為IPC-8497-1國際標準。這些準則有著(zhù)各自的目標，區別在于測試通過(guò)與否的指標不同。檢測準則定義了一系列以光纖核心為圓心的區域，不同區域的重要性各不相同。區域的數目和具體的直徑數值取決于光纖（單?；蚨嗄＃┖吞坠艿念?lèi)型。

最靠近纖芯的區域是最關(guān)鍵的，標準規定了單模光纖這一區域不能存在可見(jiàn)的擦痕，多模光纖也只允許極少量的小擦痕。這樣的損傷已經(jīng)被證明帶來(lái)了更大的插入損耗，減少了反射，從而降低了光鏈路傳輸質(zhì)量。IPC標準對于其它3個(gè)區域的限制有所放松，即被覆層、環(huán)氧層和針對陶瓷等套管式連接單模光纖的接觸層，對于這些區域損傷進(jìn)行規范的原則更多地和通過(guò)連接頭連接時(shí)給纖芯帶來(lái)的損耗多少有關(guān)，而加工質(zhì)量的影響變得次要。有一個(gè)公認的結論是較大的顆粒雜質(zhì)很可能導致連接頭匹配不當，從而使得反射損耗指標下降。

在特定的情況下，特別是高功率應用中的標準更加苛刻，從而防止熱量累積帶來(lái)的接頭失效。此時(shí)，檢查所有區域的顆粒雜質(zhì)的可靠的檢測機制至關(guān)重要。這些應用就需要借助相應的工業(yè)和用戶(hù)自定的標準。

人工、半自動(dòng)和自動(dòng)檢測cDn光波通信

人工檢測是目前最常用的檢測手段，這也是因為傳統的PC系統沒(méi)有足夠的軟硬件能力，缺乏行之有效的算法來(lái)準確地檢測和區分細小的瑕疵，尤其是很淺的劃痕。許多人認為人工檢測依然是目前大多數應用性?xún)r(jià)比最高的可行方案，檢測過(guò)程簡(jiǎn)便快捷，盡管需要耗費一定的人力，檢測結果主觀(guān)性很強，檢測人員需要接受較高級別的培訓才能獲得可重復的檢測結果。

人工檢測需要用到一架視頻光纖顯微鏡、一套接頭固定裝置和一臺視頻監控器。顯微鏡將光纖端面的圖像放大并顯示到監控器上，其典型的測試環(huán)境如照片1所示。

照片1：人工光纖檢測

一旦接頭被人工安裝好，檢測人員就按照以下幾個(gè)步驟執行檢測過(guò)程：1. 調整焦距；2. 識別損傷；3. 確定每一區域損傷的大小和數量；4. 判斷檢測通過(guò)與否。

在現場(chǎng)或管線(xiàn)環(huán)境中將采用探測式的顯微鏡，而非上述臺式顯微鏡。

盡管有聚酯薄膜的幫助，不斷重復地判斷每個(gè)瑕疵的尺寸和位置對于操作人員來(lái)說(shuō)是非常困難的。檢測效果與焦距（由操作者主觀(guān)設定）、顯微鏡的分辨率以及用于顯示的視頻監視器的對比度有關(guān)。上述因素加上缺乏詳盡的檢測記錄通常導致供應鏈各個(gè)環(huán)節的不同檢測者之間的低效率重復勞動(dòng)。有研究表明重復勞動(dòng)的比例占到了約60%。

近10年中，一些半自動(dòng)或稱(chēng)為“軟件輔助”的測試手段逐漸成熟商用。半自動(dòng)測試所用的顯微鏡與人工測試一樣，不同之處在于借助了計算機圖像處理軟件來(lái)對光纖端面進(jìn)行分析。與基于模擬照相機的設備相比，數字相機多數配置USB或FireWire接口，省去了幀捕捉器的成本。

與人工檢測類(lèi)似，半自動(dòng)方法同樣需要操作者將接頭插入固定測試平臺中，定位待測光纖（采用MPO這樣的多纖連接頭）并調整顯微鏡焦距。一旦得到了滿(mǎn)意的圖像，操作者即啟動(dòng)軟件捕獲圖像并進(jìn)行分析。EFI軟件收集端面圖像，執行檢查、分類(lèi)、測量和判斷損傷位置的操作，并與軟件預設的標準指標進(jìn)行比較，從而定量地確定區域信息，判斷該接頭合格與否。

半自動(dòng)方法的檢測效果與軟件的能力、顯微鏡性能以及操作人員對焦和定位圖像的技能有關(guān)，已經(jīng)證明了其準確性、可重復性和再現性等方面優(yōu)于人工檢測。該方案可以提供檢測結果的具體記錄，包括端面圖像和損傷檢測數據等。照片2展示了一個(gè)檢測到劃痕的光纖端面。

照片2：有缺陷的端面圖像顯示出了檢測到的擦痕

完全自動(dòng)的檢測系統采用了和半自動(dòng)檢測一樣的流程。該類(lèi)系統采用計算機控制檢測動(dòng)作，某些情況下還借助多分辨率相機快速定位、聚焦和收集多個(gè)接頭上的多個(gè)光纖端面的圖像，測試裝置是配置好的，無(wú)需操作者的干預（見(jiàn)照片3）。

照片3：清潔室中的自動(dòng)光纖檢測系統

該系統消除了人工對焦和定位光纖的不確定性，而且，由于軟件、顯微鏡、照明裝置和運動(dòng)控制等設備都可由生產(chǎn)廠(chǎng)家控制，整個(gè)系統的性能是可以檢驗的。檢測的可重復性很高，重復檢測的結果較為一致，總的損傷檢測一致性超過(guò)了99%，邊緣損傷檢測一致性也超過(guò)了95%。一些自動(dòng)檢測系統的用戶(hù)也反應多個(gè)測試系統對于數百萬(wàn)光纖的“6Σ”樣本尺寸的檢測結果具有一致性。

與人工和半自動(dòng)檢測相比，全自動(dòng)檢測具有重要的優(yōu)勢。對焦、對照和光線(xiàn)校準過(guò)程借助主用光纖和NIST可跟蹤校準流程而實(shí)現完全的自動(dòng)化。自動(dòng)方法提高了檢測的準確性，降低了測試成本，增強了測試能力，操作人員的培訓量降低，獲得的數據量增加，降低了對供應鏈的限制。同時(shí)，自動(dòng)檢測系統中的固定檢測裝置可以自動(dòng)檢查檢測區域的光纖、光纜或產(chǎn)品的類(lèi)型，測試者僅需把待測產(chǎn)品安裝和拆下即可。系統中可以安裝需要測試數小時(shí)的設備，測試者僅需花上幾分鐘安裝、拆卸待測產(chǎn)品以及打開(kāi)收集數據并根據序號找到特定數據即可。自動(dòng)檢測中操作者需要參與的部分大大減少，從而更大地降低了人力成本。

自動(dòng)檢測系統能夠執行2D幾何測量、MT套管定位檢測、光一致性檢測以及潛在的集成清潔能力?；谟嬎銠C的測試使得更加簡(jiǎn)單的端面質(zhì)量評估方法的引入成為可能，例如國際電子生產(chǎn)商聯(lián)盟（iNEMI）光器件清潔技術(shù)工作組已經(jīng)論證了接頭插入損耗與GWpOA（Gaussian Weighted percent Occluded Area）密切相關(guān)。當使用計算機輔助檢測方法時(shí)，這一結論也許能夠極大地簡(jiǎn)化確定光接頭清潔程度的參數。

纖的應用越來(lái)越廣泛，飛速增長(cháng)的使用量使得自動(dòng)檢測愈發(fā)地吸引人。由于光纖應用的質(zhì)量要求越來(lái)越高，自動(dòng)檢測由于提高了檢測的可重復性和準確性，將會(huì )成為更受歡迎的方案。